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DIC案例:某水产研究院借助DIC技术提升渔网捕鱼效率

你知道渔网是怎么捕获鱼群的吗?那些因素会影响拖网捕鱼的效率?拖网在张开、拖曳过程中的形状、运动轨迹是如何变化的?

远洋渔船拖网-数字图像相关法dic动态位移测量.jpg

最近,某水产研究院在国内率先开展一项研究,希望能系统的了解拖网拖曳过程中的形状、运动轨迹等变化情况,为网口张开、网口形状、鱼群入网等影响捕鱼效率因素提供科学的理论支撑。

远洋渔船拖网-数字图像相关法dic动态位移测量.jpg

渔网水下测量有哪些难题?

渔网在受到水动力的作用下,会产生大变形和大位移,具有几何非线性,如何进行渔网动态位移测量?

网口张开面积,网口形状,会影响拖曳过程鱼类入网,若局部网形无法充分伸展,也会增加阻力影响捕鱼。

如何对水下渔网进行测量?传统方法是通过用相机拍摄水下渔网大量照片,通过照片分析渔网形态变化,无法动态测量,无法实时捕捉形态变化数据。

渔网水下动态测量如何解决?

为了实现水下渔网动态轨迹测量,经双方多次交流与沟通,新拓三维特研发定制了一款产品:XTDIC-STROBE水下三维动态变形系统,该系统采用数字图像相关法(DIC)及双目立体视觉技术,通过水下追踪渔网表面散斑点,实现变形过程中渔网关键点的三维坐标、位移的动态测量。

新拓三维XTDIC-STROBE三维动态测量系统.jpg

那么,新拓三维研发的这款DIC水下动态测量产品,有什么特别之处呢?又或者说,需要克服哪些水下测量的难题?

难题一:水下相机设备防水

大家都知道,这是一个水下渔网测量过程,工业CCD相机和DIC设备的防水至关重要。

为了解决这个难题,历经多次实验和失败后,最终我们拿出了一套符合要求的防水装置:把设备放入防水装置中保证设备及测量头防水,保证校正模型的可靠性;工业CCD相机透过防水装置玻璃视窗,对渔网进行数据采集。另外,对相机及外壳、测量头也进行了相应的防水处理,为系统防水加上双保险。

水下dic动态测量-三维动态变形测量系统防水装置.jpg

三维动态变形测量系统防水装置

难题二:水下暗环境测量

对于水下dic测量来说,如何克服水下光线差、暗环境数据采集,也是一个关键难点。

因为水下光与工业相机拍摄的限制,补光尤为关键,这个环节会直接影响到测量数据的精确度。

为此,新拓三维特制蓝光照明设备,专门为水下的图像采集进行补充光照;工业CCD相机通过设计特定的工装固定在控制室,测量距离为2m。光源放在水下,正对测量的渔网,距离约3m。

水下dic动态测量-三维动态变形测量系统.jpg

水下三维动态变形测量系统架设采集

难题三:水下相机标定

在水下进行DIC动态测量,肯定是要在水下放置标定工具,包括标定板和十字架。通过相机标定获得相机内外参数,才能精确得到物体点的三维数据。

为了保证渔网特征点采集效果,在渔网上固定反光标记点/散斑点,这些特征点随着渔网开口的运动而发生相对应的变化;

渔网上的反光标记点/散斑点均在相机坐标系之下发生运动,由此采集和计算出渔网上特征标记点的运动规律,从而获得渔网运动位移参数。

渔网水下轨迹动态测量

测量过程中,新拓三维水下XTDIC-STROBE三维动态测量系统两个工业CCD相机同步捕捉渔网的变形图像,通过立体匹配、三维重建,获取渔网表面关键点的三维坐标、位移等数据。

水下渔网dic动态测量-三维动态变形测量系统.jpg

新拓三维水下DIC三维动态测量系统,通过渔网关键点生成、识别追踪和三维轨迹重构,渔网运动轨迹参数解算,实现水下渔网水动力学特性研究,对于优化渔具设计,增强渔具的渔获效率,提升渔具安全性能具有重要价值。

数据采集及计算

开启动水槽对渔网进行拖曳,采用XTDIC-STROBE三维动态测量系统获取渔网关键点的三维坐标,在渔网拖曳过程中,测量拖网过程渔网水下三维动态变化。

通过XTDIC-STROBE分析软件,对采集的数据进行处理,分别获取渔网各个关键点位XYZ位移。根据数据进行计算,分析其X位移、Y位移、Z位移、E位移的变化。

水下渔网动态位移测量-数字图像相关法DIC.jpg

1)渔网关键点X方向位移计算

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

2)渔网关键点Y方向位移

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

3)渔网关键点Z方向位移

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

4、渔网关键点E(综合)方向位移

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

水下渔网关键点动态位移数据-数字图像相关法DIC.jpg

基于三维数字图像相关(DIC)技术的渔网水下3D变形测量方法,可以直观地看到渔网在相机视场内不同位置的位移变化,通过关键点三维位移数据分析,可以清晰地观测渔网形状动态变化过程。

通过本次渔网水下动态位移测量,验证了新拓三维DIC水下动态测量系统的可行性,测量数据及精度方面均达到了用户技术标准要求,获得客户的认可,为精准测定网口水平、垂直扩张、网口及网身动态变化测量提供数据支撑,为设计和改进渔网结构和材料性能提供重要参考。


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